Lista tematów prac magisterskich dla specjalności Fizyka medyczna w roku akad. 2020/2021

(1)

Lista tematów prac magisterskich dla specjalności

„Fizyka medyczna”

w roku akad. 2020/2021

Temat pracy dyplomowej

magisterskiej (jęz. pol.)

Badanie i analiza procesów dysocjacji cząsteczek o znaczeniu farmakologicznym - tetrahydropiran Temat pracy

dyplomowej

magisterskiej (jęz. ang.)

Investigation and analysis of dissociation of pharmacological molecules - tetrahydropyran

Opiekun pracy Dr hab. Tomasz Wąsowicz, prof. uczelni Konsultant pracy ---

Cel pracy Zapoznanie się z procesami oddziaływania promieniowania z biologicznie aktywnymi związkami. W szczególności pomiar i analiza procesów dysocjacji pierścienia tetrahydropiranu, stanowiącego element składowy antybiotyków

antracyklinowych.

Zadania do wykonania 1. Zapoznanie się z procesami oddziaływania promieniowania z materią.

2. Pomiar widm masowych (o ile będzie możliwy).

3. Analiza i interpretacja widm masowych.

4. Identyfikacja i dyskusja zachodzących procesów fizycznych.

Źródła 1. T.J. Wąsowicz, A. Kivimäki, D. Catone, R. Richter, Vacuum ultraviolet photoionization and ionic fragmentation of the isoxazole molecules, International Journal of Mass Spectrometry 449, 116276 (2020)

2. John C.Traeger, Photoionization and Photodissociation Methods in Mass Spectrometry Encyclopedia of Spectroscopy and Spectrometry (2017)

3. K. Pigoń, Z. Ruziewicz, „Chemia fizyczna”, PWN, Warszawa (2011).

Liczba wykonawców 1

Uwagi FM

(2)

Badanie trypletowych stanów wzbudzonych cząsteczek biologicznych techniką zderzeniowej spektroskopii elektronowej

Study of triplet excited states of biological molecules by means of the collision electron spectroscopy technique

Opiekun pracy Dr inż. Ireneusz Linert Konsultant pracy

Cel pracy Celem pracy jest pomiar wzbudzenia wybranej pierścieniowej cząsteczki biologicznej oraz identyfikacja jej elektronowych stanów wzbudzonych (zwłaszcza stanów trypletowych). Wyniki pomiarów mogą zostać wykorzystane do modelowania procesów oddziaływania elektronów z cząsteczkami biologicznymi (np. wzbudzenia, dysocjacji czy fragmentacji).

Zadania do wykonania 1. Przygotowanie spektrometru elektronowego.

2. Pomiar widm energii straconej dla kąta rozproszenia 180^o przy użyciu techniki lokalnego pola magnetycznego w zakresie energii wzbudzenia od 3-10 eV.

3. Identyfikacja stanów wzbudzonych badanej cząsteczki.

4. Analiza wyników i dyskusja

Źródła 1. Podstawy spektroskopii molekularnej, Z. Kęcki.

2. Electron energy-loss spectroscopy of excited states of the diazine molecules: Pyridazine, Journal of Electron

Spectroscopy and Related Phenomena 233 (2019) 69–76, I.

Linert, M. Zubek

3. Y. Ozaki, M. J. Wójcik, J. Popp Molecular Spectroscopy Wiley Online Library (2019)

Uwagi FM

(3)

Analiza rozkładu dawki w żelach radiochromicznych na potrzeby terapii BNCT

Analysis of dose distribution in radiochromic gel to the needs of boron-neutron capture therapy

Opiekun pracy Dr Brygida Mielewska, prof. uczelni Konsultant pracy Dr Marek Maryański, prof. uczelni

Cel pracy Celem projektu jest analiza rozkładu dawki pochłoniętej w zależności od wybranych parametrów charakteryzujących żele radiochromiczne stosowane w dozymetrii 3D wysokiej

rozdzielczości, ze szczególnym uwzględnieniem oddziaływania składowych promieniowania występujących w terapii BNCT nowotworów

Zadania do wykonania 1. Charakterystyka oddziaływania promieniowania o wysokiej LET z materią

2. Przegląd metod komponowania i wytwarzania żeli radiochromicznych

3. Modyfikacja żeli na potrzeby detekcji neutronów epitermicznych, w obecności związków boru B-10 4. Przeprowadzenie analizy rozkładów dawki 3D w żelach 5. Dyskusja wyników

Źródła 1. Computational investigation of suitable polymer gel composition for the QA of the beam components of a BNCT irradiation field, Kenichi Tanaka, et al.; Applied Radiation and Isotopes; Volume 127; (2017); 253-259.

2. An investigation into the potential applicability of gel dosimeters for dosimetry in boron neutron capture therapy” - S.M. Abtahi, S.M.R. Aghamiri, H. Khalafi, F.

Rahmani, International Journal of Radiation Research, Volume 12, No 2, (2014)

3. Recent Advancements and Applications in Dosimetry, Nova Science Publishers (2018)

Uwagi FM

(4)

Analiza sygnałów EPR generowanych w żelu polimerowym przez promieniowanie jonizujące

Analysis of EPR signal generated in polimer by ionizing radiation

Opiekun pracy Dr Brygida Mielewska, prof. uczelni Konsultant pracy Dr Marek Maryański, prof. uczelni,

Dr Agnieszka Marciniak(GUMED)

Cel pracy Celem projektu jest analiza sygnałów EPR generowanych w żelach polimerowych w efekcie naświetlania promieniowaniem wysokoenergetycznym. Żele polimerowe są stosowane w dozymetrii 3D wysokiej rozdzielczości, ze szczególnym uwzględnieniem oddziaływania składowych promieniowania występujących w terapii BNCT nowotworów

Zadania do wykonania 1. Zapoznanie się z tematyką pomiarów sygnału EPR i budową spektrometru EPR

2. Dozymetria EPR promieniowania jonizującego

3. Modyfikacja żeli na potrzeby detekcji określonego rodzaju promieniowania

4. Pomiar sygnałów EPR generowanych radiacyjnie 5. Przeprowadzenie analizy sygnałów EPR w żelach

Źródła 1. Gallo S. et al. Development and optimization of ESR and Gel dosimeters for application in radiation therapy field,

Researchgate Project (i literatura tamże)

2. Longo A. et al., Monte Carlo simulation of energy absorbed in phenolic ESR dosimeters added with gadolinium exposed to thermal, epithermal and fast neutrons, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, Volume 410, Pages 21-28 (2017) 3. A. Lund, M. Shiotani, S. Shimada, Principles and

Applications of ESR Spectroscopy, Springer (2011) Liczba wykonawców 1

Uwagi FM

(5)

Analiza rozkładu dawki w żelach radiochromicznych w terapii protonowej

Analysis of dose distribution in radiochromic gel in proton therapy

Cel pracy Celem projektu jest analiza rozkładu dawki pochłoniętej oraz funkcji liniowego transferu energii (LET) w żelach

radiochromicznych stosowanych w dozymetrii 3D wysokiej rozdzielczości na potrzeby terapii protonowej nowotworów Zadania do wykonania 1. Charakterystyka oddziaływania wiązki protonów z

materią

2. Kompozycja żelu o zadanych parametrach na potrzeby terapii protonowej

3. Zapoznanie z metodyką odczytu rozkładu dawki (laserowa tomografia optyczna)

4. Ocena rozkładu dawki i LET 5. Dyskusja wyników

Źródła 1. Direct Response to Proton Beam Linear Energy Transfer (LET) in a Novel Polymer Gel Dosimeter Formulation, Lopatiuk-Tirpak,et al.; Technology in cancer research &

treatment; Vol.11; (2012); 441-4452.

2. M. Maryański, High-Definition 3D Dosimetry for end-to-end patient-specific treatment delivery verification, Ch.10 w:

Recent Advancements and Applications in Dosimetry, Nova Science Publishers (2018)

3. Review of recent advances in radiochromic materials for 3D dosimetry” – Kevin Jordan, The 6th International Conference on 3D Radiation Dosimetry, Journal of Physics: Conference Series 250 (2010)

Uwagi FM

(6)

Analiza wykorzystania metod rozpraszania światła w ocenie jakości żeli dozymetrycznych

Analysis of application of light scattering methods for the evaluation of the quality of dosimetric gels

Cel pracy Celem projektu jest analiza metod statycznego i dynamicznego rozpraszania światła oraz ich wykorzystania w badaniach oceny jakości żeli dozymetrycznych.

Zadania do wykonania 1. Charakterystyka metod pomiarowych rozpraszania światła 2. Studium literaturowe w obszarze zastosowań metod rozpraszania światła dla żeli dozymetrycznych

3. Sformułowanie wymagań dla układu pomiarowego DLS próbek żelowych

4. Projekt stanowiska pomiarowego DLS dla potrzeb badań próbek żelowych i jego optymalizacja.

5. Uzyskanie wyników i ich analiza 6. Dyskusja wyników i wnioski

Źródła 1. Alexander V. Malm and Jason C.W. Corbett, Improved Dynamic Light Scattering using an adaptive and statistically driven time resolved treatment of correlation data , Nature Scientific Reports volume 9, Article number: 13519 (2019) 2. Koňák Č. et al. Dynamic light scattering from polymer solutions and gels at the gelation threshold; Polymer Volume 32, Issue 6, 1991, Pages 1077-1079

3. Cyrille Rochas, Erik Geissler. Measurement of Dynamic Light Scattering Intensity in Gels. Macromolecules, American Chemical Society, 2014, Macromolecules, 47 (22), pp.6.

Liczba wykonawców 1 Uwagi

(7)

Temat projektu/pracy dyplomowej

Budowa i zastosowanie modeli numerycznych zębów ludzkich

Construction and application of numerical models of human teeth

Opiekun pracy Dr inż. Marek Augustyniak

Konsultant pracy dr hab. Wiktoria Wojnicz, wydz. Mech/OiO

Cel pracy Celem pracy jest generacja realistycznego modelu MES wybranych rodzajów ludzkich zębów i demonstracja praktycznego zastosowania takiego modelu.

Zadania do wykonania 1. Przyswojenie narzędzi komputerowych (CAD, CAE) na bazie modeli testowych udostępnionych przez prowadzącego.

2. Zapoznanie się z anatomią zęba/ów.

3. Generacja przynajmniej dwóch różnych modeli.

4. Wybór scenariusza: np. wirtualnego testu nagryzania i wytrzymałości różnych kształtów wypełnienia dentystycznego, lub analiza rozkładu naprężeń przy zastosowaniu aparatu ortodontycznego. Przeprowadzenie symulacji.

Opcja: pozyskanie obrazów mikrotomograficznych i przetworzenie ich na model zęba w programie snapITK.

Źródła Publikacje naukowo-techniczne z wyd. Elsevier i Springer.

Model MES zęba udostępniony przez prowadzącego. Dane pozyskane od stomatologów.

Przykładowe publikacje:

Petr Marci#an et al, Micro finite element analysis of dental implants under different loading conditions, Computers in Biology and Medicine 96 (2018) 157–165

Wonhyung Jung, Seyoun Park, Hayong Shin, Combining volumetric dental CT and optical scan data for teeth modeling, Computer-Aided Design 67–68 (2015) 24–37

Luegya Knop, Scientific use of the finite element method in Orthodontics, Dental Press J Orthod. 2015 Mar-Apr;20(2):119- 25

Uwagi Praca może umożliwić rozpoczęcie kariery zawodowej związanej z protetyką i ortodoncją.

(8)

Opracowanie metodyki przetworzenia danych

genetycznych z próbki zawierającej ekosystem bakteryjny na klasyfikację taksonomiczną

Development of algorithm of conversion of metagenomic raw data of a bacterial sample into its taxonomic profile

Opiekun pracy Dr inż. Marek Augustyniak Konsultant pracy

Cel pracy Praca wpisuje się w bardzo aktualny i ambitny obszar metagenomiki, czyli badania i aplikacji informacji genetycznej zawartej w dużych różnorodnych zbiorowiskach mikroorganizmów. Szczególne znaczenie ma przy tym ludzki ekosystem jelitowy, którego zaburzenia są prawdopodobnym podłożem większości chorób cywilizacyjnych

Ideą kluczową i celem jest przejście przez proces bioinformatyczny, w którym punktem wyjścia są "surowe" dane (plik fastQ lub równoważny) z sekwenatora. Docelowo ma być on przetworzony na listę taksonów (typów, rodzajów, gatunków), wraz z ich zawartością procentową.

Przewidziane jest intensywne zastosowanie narzędzi informatycznych i selekcja narzędzi dostępnych w sieci, a także praca z dużą ilością danych (Big Data); przydatne będą elementy matematyki stosowanej, zwłaszcza metod statystycznych. Zadanie może wymagać przynajmniej w części użycia systemu Linux.

Zadania do wykonania 1. Przyswojenie literatury i kontekstu zadania (projekt Human Microbiome Project i inne inicjatywy; prace z hasłami kluczowymi PCoA, ANOVA, UniFrac, QUIIME, Illumina).

2. Zapoznanie się z danymi przykładowymi - początkowymi i docelowymi.

3. Przyswojenie dostępnych narzędzi informatycznych i baz referencyjnych; testy i analiza porównawcza.

4. Propozycja usprawnień istniejących metod / narzędzi.

Źródła Publikacje naukowo-techniczne z wyd. Elsevier i Springer.

Prywatna baza danych udostępniona przez prowadzącego.

Przykładowe:

R. D’Amore et al, A comprehensive benchmarking study of protocols and sequencing platforms for 16S rRNA community profiling, BMC Genomics volume 17, Article number: 55 (2016) Burz SD, Abraham AL, Fonseca F et al, A Guide for Ex Vivo Handling and Storage of Stool Samples Intended for Fecal Microbiota Transplantation, Sci Rep. 2019 Jun 20;9(1):8897 S.Becattini, Y.Taur, E.G. Pamer, Antibiotic-Induced Changes in the Intestinal Microbiota and Disease, Trends Mol Med. 2016 Jun; 22(6): 458–478

Uwagi Efektem końcowym ma być działający proces przetwarzania danych surowych (fastQ) na klasyfikację taksonomiczną próbek wraz z instrukcją dla potencjalnych użytkowników.

Praca przeznaczona dla ambitnych Studentów/ek.

Ma duże znaczenie dla kariery naukowej i/lub komercyjnej (zapotrzebowanie w firmach: GeNeMe, GenXOne, Genomed i wielu innych). Wyraźne są niedobory tego typu specjalistów na rynku.

FM

(9)

Opracowanie procedury wytworzenia optymalnych metalicznych mikroelektrod dla zastosowań

neuronowego interfejsu Temat pracy

dyplomowej

Development of a procedure for the fabrication of optimal gold microelectrodes for neural interface

Opiekun pracy Dr inż. Karolina Cysewska Konsultant pracy prof. dr hab. inż. Piotr Jasiński

Cel pracy Celem pracy jest opracowanie optymalnych metalicznych mikroelektrod dla zastosowań neuronowych.

Opracowanie dotyczyć będzie projektu, wytworzenia i optymalizacji mikroelektrody. Projekt elektrody

przeprowadzony zostanie na podstawie wymagań opisanych w najnowszych doniesieniach literaturowych.

Elektroda zostanie wykonana na bazie ceramicznych i elastycznych (PDMS) podłoży poprzez napylenie wybranego rodzaju metalu. Badania elektrochemiczne elektrod pozwolą na ich porównanie i optymalizację ich parametrów względem najbardziej efektywnej dla zastosowań elektrod na granicy interfejsu

elektroda/neuron. Następnie przeprowadzona zostanie analiza porównawcza uzyskanych wyników względem rozwiązań dostępnych w literaturze.

Zadania do wykonania 1. Przegląd dostępnej literatury.

2. Projekt mikroelektrody.

3. Wytworzenie prototypu mikroelektrod wybraną metodą.

4. Badania właściwości elektrody: morfologia, rozwinięcie aktywnej powierzchni.

5. Optymalizacja projektu elektrody pod względem najbardziej efektywnej dla zastosowań neuronowego interfejsu: badania elektrochemiczne m.in. pomiar galwanostatycznego ładowania/rozładowania w warunkach imitujących środowisko tkankowe.

6. Analiza uzyskanych wyników oraz ich porównanie z literaturą.

Źródła 1. G. Hwee Kim et al., “Recent Progress on

Microelectrodes in Neural Interfaces”, Materials 11 (2018) 1995.

2. A. Koklu et al., “Gold nanostructure microelectrode arrays for in vitro recording and stimulation from neuronal networks”, Nanotechnology 30 (2019) 235501.

3. E. Redolfi Riva et al., “Progress and challenges of implantable neural interfaces based on nature-derived materials”, Bioelectronic Medicine 7:6 (2021).

Uwagi EwM, ChwM, FM

(10)

Opracowanie procedury wytworzenia metalicznej elektrody powlekanej polimerem przewodzącym PEDOT dla poprawy interfejsu neuronowego Temat pracy

dyplomowej

Development of a procedure for the fabrication of a metallic electrode modified with conducting polymer PEDOT for neural interface improvement

Opiekun pracy Dr inż. Karolina Cysewska Konsultant pracy prof. dr hab. inż. Piotr Jasiński

Cel pracy Celem pracy jest opracowanie polimerowej elektrody dla zastosowań neuronowych interfejsów. Opracowanie dotyczyć będzie wytworzenia i optymalizacji elektrody. W tym celu wybrana metaliczna elektroda zostanie

powlekana polimerem PEDOT podczas elektrochemicznej syntezy przy danych warunkach. Parametry syntezy, a tym samym polimeru zostaną zoptymalizowane pod względem najwyższej efektywności elektrody dla zastosowań poprawy interfejsu elektroda/neuron.

Właściwości polimeru, takie jak morfologia, struktura itp.

Zostaną zbadane m.in. za pomocą SEM, EDX oraz FTIR.

Następnie przeprowadzona zostanie analiza

porównawcza uzyskanych wyników względem rozwiązań dostępnych w literaturze.

Zadania do wykonania 1. Przegląd dostępnej literatury.

2. Elektrochemiczna synteza polimeru PEDOT na powierzchnię metalicznej elektrody.

3. Badania właściwości elektrody: morfologia, struktura, rozwinięcie aktywnej powierzchni.

4. Optymalizacja warunków syntezy polimeru pod

względem uzyskania najbardziej efektywnej elektrody dla zastosowań neuronowego interfejsu: badania

elektrochemiczne m.in. pomiaru galwanostatycznego ładowania/rozładowania w warunkach imitujących środowisko tkankowe.

5. Analiza uzyskanych wyników oraz ich porównanie z literaturą.

Źródła 1. G. Hwee Kim et al., “Recent Progress on

Microelectrodes in Neural Interfaces”, Materials 11 (2018) 1995.

2. A. Koklu et al., “Gold nanostructure microelectrode arrays for in vitro recording and stimulation from neuronal networks”, Nanotechnology 30 (2019) 235501.

3. V. Saunier et al., “Carbon nanofiber-PEDOT composite films as novel microelectrode for neural interfaces and biosensing”, Biosensors and Bioelectronics 165 (2020) 112413.

Uwagi EwM, ChwM, FM